14. Система и её элементы. Классификация систем
📋 План занятия
- 00:00-00:15: Введение в понятие "система". Примеры из окружающего мира
- 00:15-00:25: Практическая работа: анализ реальных устройств
- 00:25-00:35: Анализ робота Line Follower как системы
- 00:35-00:40: Классификация систем. Объяснение ДЗ
🎯 Основной материал
Ключевые понятия:
- Система: Целое, состоящее из взаимосвязанных частей (элементов) и обладающее свойствами, которых нет у отдельных частей
- Элемент: Простейшая, неделимая в рамках данной системы часть (например, колесо в системе "велосипед")
- Подсистема: Часть системы, которая сама является системой (например, тормозная система в автомобиле)
- Связь: Отношения и взаимодействия между элементами системы
- Структура: Способ организации и связи элементов между собой
- Внешняя среда: То, что окружает систему и влияет на неё, но не входит в неё
- Классификация систем: Искусственные/естественные, технические/биологические/социальные, динамические/статические, управляемые/неуправляемые
Практическое задание на уроке:
Задача: Проанализировать робота Line Follower как систему
Цель: Научиться выделять элементы, подсистемы, понимать структуру и внешнюю среду технической системы
Инструкция: 1) Изучите схему робота. 2) Выделите основные подсистемы. 3) Определите элементы в каждой подсистеме. 4) Опишите внешнюю среду и её влияние
• Сенсорная (ИК-датчики линии, фотодиоды)
• Управляющая (контроллер Arduino, программа)
• Исполнительная (моторы с колёсами, драйвер моторов)
• Механическая (рама, крепления, корпус)
• Энергетическая (аккумулятор, провода, стабилизатор)
📝 Домашнее задание
Системный паспорт робота
Цель задания: Научиться анализировать технические системы, выделять их компоненты и классифицировать
Что нужно сделать:
- Описать робота как систему, выделив 2-3 основные подсистемы и 2-4 ключевых элемента в каждой
- Дать классификацию одной подсистемы на члена команды по 3 различным основаниям с обоснованием
Требования к выполнению:
- Подсистемы должны соответствовать реальному устройству робота (сенсорная, управляющая, исполнительная)
- Элементы должны быть конкретными (не "электроника", а "контроллер Arduino Uno", "ИК-датчики TCRT5000")
- Классификация должна включать минимум 3 разных основания (например: по происхождению, по сложности, по управляемости)
- Для каждого пункта классификации нужно указать причину выбора
- Заполнить "Системный паспорт" в тетради или электронном документе
🔍 Дополнительно
❓ Частые вопросы по теме
Чем система отличается от простого набора элементов?
Система обладает системным эффектом — свойствами, которых нет у отдельных элементов. Например, отдельно взятые педали, цепь и колесо не могут перевозить человека, но вместе они образуют велосипед — систему, которая это умеет.
Что такое внешняя среда и почему она важна?
Внешняя среда — всё, что влияет на систему, но не входит в неё. Для робота Line Follower это трасса, освещение, качество поверхности. Робот должен адаптироваться к изменениям среды — например, корректировать скорость на поворотах или при разном освещении.
Зачем нужно классифицировать системы?
Классификация помогает понять общие принципы работы разных систем, переносить знания из одной области в другую. Зная, что робот — управляемая динамическая система, мы можем применять к нему методы управления, разработанные для других таких систем.
???? Полезные ссылки
Схемы робота: Схема1 |
15. Эмерджентность и иерархичность систем
📋 План занятия
- 00:00-15:00: Актуализация. Разбор домашнего задания "Системный паспорт"
- 15:00-25:00: Новая тема. От частей к целому: целостность и эмерджентность
- 25:00-35:00: Практическая работа. Иерархия и эмерджентность робота
- 35:00-40:00: Рефлексия. Объяснение нового домашнего задания
🎯 Основной материал
От анализа к синтезу: от частей к целому
На прошлом уроке вы выполнили важную работу — разобрали робота на части, выделили подсистемы и элементы. Это называется анализом или декомпозицией системы. Вы создали "Системный паспорт" — список ингредиентов.
Но возникает вопрос: Умеет ли коробка с этими деталями ездить по линии? Нет. А собранный робот — должен. В чём секрет?
Секрет не в деталях, а в том, КАК они соединены и взаимодействуют. Сегодня мы сделаем обратный ход — от частей перейдём к целому и узнаем, какие новые свойства рождаются при сборке.
Закономерности систем: Целостность и Иерархичность
Система — это не просто набор деталей. Свойства целого (системы) НЕ СВОДЯТСЯ к сумме свойств его частей. Целое обладает чем-то новым, чего нет у отдельных элементов.
Аналогия: Мозаика. Разрозненные кусочки стекла — просто цветные осколки. Сложенные в определённом порядке, они создают картину, которой не было у отдельных частей.
Любая сложная система состоит из подсистем, а те — из более мелких элементов. Это уровни вложения или "матрешка".
Аналогия: Армия. Армия (система) → Дивизии (подсистемы) → Полки → Роты → Солдаты (элементы).
Ключевое понятие: Эмерджентность
Эмерджентность (от англ. emerge — появляться) — это появление у системы новых свойств, которых не было у её отдельных элементов. Главное проявление целостности.
Путь свойства: от детали к системе
Свойство: "видит" линию
Свойство: "крутится"
Свойство: "обрабатывает код"
НОВОЕ СВОЙСТВО:
"Следует по линии" Эмерджентное
- Вода (H₂O): Водород горит, кислород поддерживает горение. Но вода — тушит огонь. "Мокрость" — эмерджентное свойство.
- Мелодия: Отдельные ноты "до" или "ми" — просто звуки. Их последовательность рождает мелодию, вызывающую эмоции.
- Велосипед: Руль, колёса, цепь по отдельности не могут "ехать". Собранные вместе — дают способность к перемещению.
Рабочий лист: От анализа к синтезу
Блок 1: Мой Системный паспорт (итог ДЗ)
Кратко повторите:
1. ___________________________
2. ___________________________
3. ___________________________
• ___________________________
• ___________________________
• ___________________________
Блок 2: Иерархическая схема
Нарисуйте схему вашего робота, выделив 3 уровня:
(Робот LF)
(Управляющая, Исполнительная...)
(Контроллер, моторы, датчики...)
Блок 3: Эмерджентные свойства
Заполните таблицу: Примеры для вдохновения — можно использовать как шаблон или придумать свои
| Желаемое свойство робота | Какие элементы/подсистемы нужны? | Почему это свойство эмерджентное? |
|---|---|---|
| Пример: Корректировка скорости на поворотах (робот плавно замедляется перед резким поворотом) |
• Сенсорная: массив ИК-датчиков • Управляющая: ПИД-алгоритм • Исполнительная: 2 мотора с ШИМ-управлением | Ни датчики, ни моторы по отдельности не "понимают" повороты. Свойство возникает только при цикле взаимодействия: измерение → вычисление радиуса → коррекция скорости. |
| Ваше свойство 1, напр.: «Стабильное движение при разном освещении» | Перечислите элементы, например: калиброванные ИК-датчики, адаптивный алгоритм, стабильное питание | Объясните, почему ни один элемент в одиночку не обладает этим свойством |
| Пример: Выполнение задачи с финишем (робот останавливается после обнаружения финишной метки) |
• Сенсорная: датчик финишной метки • Управляющая: программа с конечным автоматом • Исполнительная: моторы с командой "стоп" | Способность "осмысливать задачу" не присуща железу. Это информационное свойство, реализуемое логикой программы, но проявляющееся только при работе всего робота в реальном мире. |
| Ваше свойство 2, напр.: «Движение с минимальными колебаниями по центру линии» | Перечислите элементы, например: точные датчики, ПИД-регулятор, сбалансированный корпус | Объясните, что плавность — не характеристика детали, а качество поведения всей системы |
???? Примеры эмерджентных свойств для вашего робота
При заполнении Блока 3 в рабочем листе используйте эти примеры как ориентир:
1. Автономное следование по сложной трассе
Нужно: Массив датчиков + ПИД-алгоритм + дифференциальный привод
Почему эмерджентное: Ни один элемент не "знает" о трассе. Свойство рождается из синхронного взаимодействия.
2. Адаптация к внешним условиям
Нужно: Калиброванные датчики + адаптивный алгоритм + стабильное питание
Почему эмерджентное: Устойчивость возникает благодаря резервированию и обратным связям всей системы.
3. Выполнение задачи с финишем
Нужно: Датчик финиша + конечный автомат в программе + команда "стоп" моторам
Почему эмерджентное: Способность "осмысливать задачу" реализуется логикой программы, но проявляется только при работе всего робота.
"Это свойство эмерджентное, потому что датчик только подает сигнал, мотор только вращает колесо, а программа только обрабатывает данные. Способность 'планово двигаться по маршруту' возникает исключительно при их согласованной работе, управляемой алгоритмом."
Практическая работа на уроке
Задание для проектных групп:
Используя ваш готовый «Системный паспорт» как основу:
- Постройте наглядную иерархическую схему вашего робота (3 уровня: Система - Подсистемы - Ключевые элементы).
- Сформулируйте 2-3 эмерджентных свойства, которые появятся у робота, когда все элементы будут работать вместе.
- Объясните, почему каждое свойство нельзя приписать ни одному элементу в отдельности.
"Корректировка траектории движения в реальном времени на основе данных сенсоров"
Объяснение: Ни программа сама по себе, ни датчики, ни моторы не могут этого сделать. Только их взаимодействие порождает это новое свойство.
Важный нюанс: Эмерджентность бывает не только положительной (новые возможности), но и отрицательной — могут появиться новые проблемы, например, перегрев системы при длительной работе.
📝 Домашнее задание
Развитие "Системного паспорта": Эмерджентность и иерархия
Цель: Зафиксировать в проектном документе переход от понимания состава системы к пониманию её целостных свойств и структуры.
Что нужно сделать:
- Раздел "Эмерджентность" (письменно в Паспорт):
На основе сегодняшней работы чётко сформулируйте 2-3 эмерджентных (интегральных) свойства вашего робота. Для каждого свойства дайте краткое объяснение: какие подсистемы и как должны взаимодействовать, чтобы это свойство появилось? - Раздел "Иерархическая схема" (схема/рисунок в Паспорт):
Оформите созданную на уроке иерархическую схему системы «Ваш Робот» в виде аккуратного рисунка или блок-схемы с обязательным выделением 3-х уровней.
Пример оформления:
Объяснение: Для этого нужно взаимодействие сенсорной подсистемы (обнаружение метки), управляющей (обработка сигнала и принятие решения) и исполнительной (прекращение движения). Ни одна подсистема в отдельности не обладает этим свойством.
Эмерджентное свойство 2: «Устойчивое движение по сложной траектории (резкие повороты)».
Объяснение: Результат синхронизации скорости моторов (исполнительная), частоты опроса датчиков (управляющая) и геометрии колёсной базы (механическая).
Форма выполнения:
Заполнение соответствующих разделов в «Паспорте проекта». Можно использовать компьютерную графику или аккуратный ручной рисунок для схемы.
🔍 Дополнительно
❓ Вопросы для размышления
Может ли эмерджентное свойство быть предсказано до сборки системы?
Частично — да, если мы понимаем принципы взаимодействия элементов. Но часто появляются непредвиденные свойства (как положительные, так и отрицательные). Например, при сборке робота может обнаружиться, что он хорошо справляется с плавными поворотами, но плохо — с резкими.
Что важнее для системы: элементы или связи между ними?
И то, и другое. Без качественных элементов система не будет работать. Но без правильных связей даже лучшие элементы не дадут нужного результата. Например, самый точный датчик бесполезен, если он неправильно подключен к контроллеру.
Можно ли изменить эмерджентное свойство, не меняя элементов?
Да, изменив связи или алгоритмы взаимодействия. Например, поменяв программу (алгоритм) робота, можно изменить его поведение на трассе, хотя все детали остались прежними.
🔗 Полезные материалы
16. Системный анализ и принятие решений. Сравнение альтернатив
📋 План занятия
- 00:00-00:15: Введение в системный анализ. Формализация задачи выбора
- 00:15-00:35: Определение альтернатив и критериев для выбора сенсорного массива
- 00:35-01:00: Практика: заполнение таблицы сравнения конфигураций датчиков
- 01:00-01:25: Анализ таблицы. Методы взвешенного принятия решений
- 01:25-01:30: Объяснение домашнего задания
🎯 Основной материал
Ключевые понятия:
- Принятие решений: Выбор одного варианта из нескольких возможных на основе анализа информации
- Альтернатива: Один из возможных вариантов решения задачи или достижения цели
- Критерий: Признак или показатель, по которому оцениваются и сравниваются альтернативы
- Системный анализ: Метод исследования сложных систем для принятия обоснованных решений
- Взвешенное решение: Решение, учитывающее важность разных критериев
Сравнение конфигураций датчиков для Line Follower
| Критерий / Альтернатива | 2 датчика | 3 датчика в ряд | 5 датчиков |
|---|---|---|---|
| Точность определения края линии | Определяют только факт нахождения на линии | Позволяет определить смещение от центра | Точное определение позиции и угла поворота |
| Стоимость | Минимальное количество компонентов | На 50% больше датчиков, чем у 2-х | В 2.5 раза больше датчиков, сложная разводка |
| Сложность настройки ПО | ПИД-регулятор не требуется, простые условия | Требуется ПИД или пропорциональное управление | Сложная калибровка, продвинутые алгоритмы |
| Занимаемое место на шасси | Компактное размещение | Требуется место для линейного размещения | Большая площадь, сложная компоновка |
| Устойчивость к помехам | Ошибка одного датчика критична | Средний запас по отказам | Может работать даже при отказе 1-2 датчиков |
Практическое задание на уроке:
Задача: Выбрать оптимальную конфигурацию датчиков для первого прототипа
Цель: Научиться проводить сравнительный анализ альтернатив по нескольким критериям
Инструкция: 1) Изучите таблицу сравнения. 2) Определите приоритеты для вашего проекта (что важнее: точность или простота?). 3) Проведите "мозговой штурм" в команде. 4) Заполните таблицу весов критериев. 5) Сделайте обоснованный выбор.
• Простота настройки: 🔴 Высокий приоритет (чтобы быстро получить работающий прототип)
• Стоимость: 🟠 Средний приоритет (бюджет ограничен)
• Точность: 🟢 Низкий приоритет (для первого прототипа достаточно базовой точности)
→ Выбор: 2-3 датчика как компромиссный вариант
📝 Домашнее задание
Сравнительный анализ альтернатив
Цель задания: Закрепить навыки системного анализа и обоснованного принятия решений на примере выбора конфигурации датчиков
Что нужно сделать (доработка классной работы):
- Добавьте 1-2 критерия к таблице сравнения (например, "время монтажа", "точность на поворотах", "энергопотребление")
- Заполните таблицу весов критериев для вашего проекта (оцените важность каждого критерия от 1 до 5 баллов)
- Сделайте итоговую оценку каждой альтернативы с учетом весов критериев (простая сумма баллов)
Требования к выполнению:
- Новые критерии должны быть релевантными для проекта робота
- Веса критериев должны быть обоснованы (почему один критерий важнее другого?)
- Итоговая таблица должна содержать: критерии, веса, оценки для 2-3 альтернатив, сумму баллов
- В выводе указать выбранный вариант и краткое обоснование (2-3 предложения)
- Работа выполняется в тетради или в электронном виде (Word/Excel/Google Docs)
Форма сдачи:
Индивидуально или в парах: Таблица сравнения с добавленными критериями и весами + вывод с обоснованием выбора.
Пример структуры вывода: "Для нашего первого прототипа мы выбираем конфигурацию из 3 датчиков, потому что... (указать 2 основные причины, связанные с критериями)".
🔍 Дополнительно
❓ Частые вопросы по теме
Что делать, если одна альтернатива лучше по одним критериям, а другая — по другим?
Используйте метод взвешенной суммы: 1) Назначьте вес каждому критерию по важности. 2) Оцените каждую альтернативу по каждому критерию (например, от 1 до 5). 3) Умножьте оценку на вес критерия. 4) Сложите результаты для каждой альтернативы. Альтернатива с наибольшей суммой — оптимальна.
Сколько критериев должно быть для хорошего сравнения?
Оптимально 3-5 ключевых критериев. Слишком мало (1-2) — сравнение будет неполным. Слишком много (10+) — анализ станет громоздким и сложным для интерпретации. Критерии должны быть существенными, измеримыми и независимыми друг от друга.
Как учитывать субъективные факторы (например, "удобство монтажа")?
Субъективные критерии можно включить в анализ, но их нужно максимально конкретизировать. Вместо "удобство" используйте "время сборки в минутах" или "количество операций пайки". Если нельзя измерить количественно, используйте качественные оценки ("низкое/среднее/высокое") и будьте последовательны в оценках.
🔗 Полезные ссылки
- YouTube: Сравнение работы роботов с разным числом датчиков — наглядная демонстрация различий
- Instructables: Робот с 3 датчиками — пример реализации с ПИД-регулятором
- Arduino Project Hub: Базовый Line Follower — простой вариант с 2 датчиками
17. Парето-оптимальные решения. Многокритериальный выбор
📋 План занятия
- 00:00-00:10: Введение в многокритериальные задачи. Концепция Парето-оптимальности
- 00:10-00:20: Пример из жизни: выбор ноутбука, квартиры, автомобиля
- 00:20-00:30: Практика: анализ моделей шасси с Thingiverse по критериям
- 00:30-01:35: Построение Парето-фронта. Поиск компромиссных решений
- 00:35-00:40: Объяснение домашнего задания
🎯 Основной материал
Ключевые понятия:
- Парето-оптимальность: Состояние системы, при котором невозможно улучшить один параметр, не ухудшив другой
- Многокритериальная задача: Задача выбора, в которой нужно учитывать несколько противоречивых критериев
- Компромисс: Решение, в котором приходится жертвовать одним качеством ради другого
- Парето-фронт (граница Парето): Множество всех Парето-оптимальных решений
- Доминируемое решение: Решение, которое хуже другого хотя бы по одному критерию и не лучше ни по одному
📊 Пример Парето-оптимальности из жизни: выбор ноутбука
Критерии: 1) Мощность процессора, 2) Время автономной работы, 3) Вес, 4) Цена
Проблема: Нельзя взять одновременно самый мощный, самый легкий, с самой долгой батареей и самый дешевый ноутбук.
Парето-оптимальные варианты:
• Мощный игровой ноутбук (высокая производительность, но тяжелый и дорогой)
• Ультрабук (легкий и стильный, но средняя производительность)
• Бюджетный ноутбук (дешевый, но тяжелый и не очень мощный)
Выбор: Зависит от приоритетов пользователя. Парето-оптимальность помогает отбросить заведомо плохие варианты (например, тяжелый, слабый и дорогой ноутбук).
Модели шасси для 3D-печати (примеры с Thingiverse)
Model A: "Simple Rover"
Простая конструкция, минималистичный дизайн. Вес: 120г, время печати: 4ч, толщина стенок: 2мм. Подходит для начинающих.
Model B: "Modular Chassis"
Модульная конструкция, много посадочных мест. Вес: 180г, время печати: 6ч, толщина стенок: 2.5мм. Универсальный вариант.
Model C: "Competition Frame"
Профессиональное шасси, аэродинамический дизайн. Вес: 250г, время печати: 8ч, толщина стенок: 3мм. Для соревнований.
График Парето: прочность vs. вес шасси
Объяснение: На графике показана зависимость между двумя противоречивыми критериями (например, прочностью и весом). Точки на оранжевой линии образуют Парето-фронт — это множество оптимальных решений, где нельзя улучшить один параметр, не ухудшив другой. Все решения, находящиеся ниже и левее этой линии (в серой области), являются доминируемыми — они хуже по обоим параметрам и должны быть отброшены при принятии решения.
Изображение: Пример Парето-фронта в многокритериальной оптимизации.
Практическое задание на уроке:
Задача: Выбрать оптимальную модель шасси для 3D-печати
Цель: Научиться применять концепцию Парето-оптимальности для принятия решений при противоречивых критериях
Инструкция: 1) Изучите 3-4 модели шасси с Thingiverse (преподаватель покажет). 2) Определите для каждой модели значения по критериям: прочность, вес, сложность печати, наличие креплений. 3) Постройте простую таблицу сравнения. 4) Определите, какие варианты являются Парето-оптимальными. 5) Сделайте выбор с учетом приоритетов вашего проекта.
| Модель | Прочность | Вес | Сложность |
|---|---|---|---|
| Simple Rover | ⭐⭐ | ⭐ (легкий) | ⭐ (простая) |
| Modular Chassis | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
📝 Домашнее задание
Анализ Парето-оптимальности для выбора шасси
Цель задания: Применить концепцию Парето-оптимальности на практике при выборе компонента для проекта
Что нужно сделать (доработка классной работы):
- Найдите на Thingiverse 2 разные модели шасси для Line Follower (используйте запрос "line follower chassis stl")
- Проведите оценку по 3-4 критериям: прочность (толщина стенок), вес (г), сложность печати (наличие поддержек), наличие посадочных мест для датчиков
- Определите, есть ли Парето-оптимальный вариант или выбор требует приоритезации критериев (что для вашего проекта важнее: легкость или прочность?)
- Зафиксируйте итоговое решение в системном паспорте проекта
Требования к выполнению:
- Модели должны быть реальными (скопируйте ссылки на Thingiverse)
- Критерии оценки должны быть конкретными (не "хорошая прочность", а "толщина стенок 2.5мм")
- Анализ должен включать сравнение по принципу Парето: можно ли улучшить один критерий, не ухудшив другие?
- Если Парето-оптимальный вариант неочевиден, нужно объяснить, как вы будете делать выбор (какой критерий самый важный)
- Решение должно быть обосновано с точки зрения целей вашего проекта
Форма сдачи:
В системный паспорт проекта: Добавьте раздел "Выбор шасси" с таблицей сравнения 2 моделей, анализом Парето-оптимальности и обоснованием выбора.
Пример структуры: 1) Ссылки на модели. 2) Таблица сравнения по критериям. 3) Анализ (является ли одна модель Парето-оптимальной?). 4) Итоговый выбор и обоснование (2-3 предложения).
🔍 Дополнительно
❓ Частые вопросы по теме
Всегда ли существует единственный Парето-оптимальный вариант?
Нет, обычно существует множество Парето-оптимальных решений (Парето-фронт). Например, среди ноутбуков может быть несколько моделей, каждая из которых оптимальна по своему сочетанию характеристик. Выбор между ними требует дополнительных предпочтений (субъективных факторов).
Как работать с критериями, которые нельзя измерить количественно?
Используйте качественные оценки (низкий/средний/высокий) или ранжирование (1-е место, 2-е место). Важно быть последовательным: если для одного варианта вы поставили "высокую" эстетику, то для другого с похожим дизайном тоже должна быть "высокая". Можно преобразовать качественные оценки в баллы (низкий=1, средний=2, высокий=3).
Что делать, если все варианты Парето-оптимальны?
Если все варианты находятся на Парето-фронте, значит, они все по-своему хороши. Нужно ввести дополнительные критерии или приоритеты. Например: "Для учебного проекта важнее простота сборки, чем максимальная прочность". Или провести голосование в команде по субъективным предпочтениям.
🔗 Полезные ссылки
- Thingiverse: Поиск моделей шасси — база 3D-моделей для печати
- Wikipedia: Pareto efficiency — подробное объяснение концепции
- YouTube: Объяснение Парето-оптимальности — визуальное объяснение на примерах
- Совет преподавателю: Заранее сохраните 3-4 конкретные модели шасси с Thingiverse, чтобы на уроке не тратить время на поиск. Обратите внимание на лицензии (желательно Creative Commons).
18. Метод анализа иерархий (МАИ)
📋 План занятия
- 00:00-00:05: Введение в метод анализа иерархий. Основные понятия
- 00:05-00:10: Построение иерархии для выбора микроконтроллера
- 00:10-00:20: Практика: попарное сравнение критериев (голосование в классе)
- 00:20-00:30: Качественный анализ результатов. Определение весов критериев
- 00:30-00:40: Объяснение домашнего задания
🎯 Основной материал
Ключевые понятия метода анализа иерархий (МАИ):
- Иерархия: Многоуровневая структура, представляющая цель, критерии и альтернативы
- Попарное сравнение: Метод оценки, при котором элементы сравниваются попарно по их важности или предпочтительности
- Весовые коэффициенты: Числа, показывающие относительную важность критериев или предпочтительность альтернатив
- Матрица сравнений: Таблица, в которой записываются результаты попарных сравнений
- Согласованность: Мера логичности и непротиворечивости проведенных сравнений
📝 МАИ для школьников: пошаговый гайд
Определяем цель
"Выбор мозга для робота" — какой микроконтроллер лучше всего подходит для нашего Line Follower?
Выписываем критерии
Что для нас важно в микроконтроллере? Например: цена, количество портов, размеры, удобство отладки, энергопотребление.
Выписываем варианты (альтернативы)
Какие микроконтроллеры мы рассматриваем? Например: Arduino Uno, Arduino Nano, Arduino Mega, ESP32.
Проводим попарное сравнение критериев
Используем простую шкалу: 1 — равно важны, 3 — важнее, 5 — намного важнее. Заполняем таблицу.
Делаем вывод
На основе сравнений определяем, какие критерии самые важные, и выбираем оптимальный вариант.
Иерархия выбора микроконтроллера
Таблица попарного сравнения критериев (пример)
| Критерий 1 vs Критерий 2 | Оценка | Объяснение |
|---|---|---|
| Цена vs Производительность | 5 (цена намного важнее) | Для учебного проекта бюджет ограничен |
| Кол-во портов vs Размеры | 3 (порты важнее) | Нужно подключить датчики и моторы, размер можно компенсировать |
| Удобство отладки vs Энергопотребление | 1 (равно важны) | И то, и другое важно для успеха проекта |
Шкала оценок: 1 — равно важны, 3 — немного важнее, 5 — намного важнее. Обратные значения (1/3, 1/5) используются, когда второй критерий важнее первого.
Сравнение популярных микроконтроллеров
Arduino Uno
Arduino Nano
ESP32
Практическое задание на уроке:
Задача: Провести упрощенный МАИ для выбора микроконтроллера
Цель: Научиться строить иерархии и проводить попарные сравнения для принятия обоснованных решений
Инструкция: 1) В команде определите 3-4 ключевых критерия выбора микроконтроллера для вашего проекта. 2) Постройте иерархию (цель → критерии → альтернативы). 3) Проведите попарное сравнение критериев методом голосования в команде. 4) Заполните таблицу сравнений. 5) На основе качественного анализа сделайте предварительный выбор контроллера.
| Сравнение | Голосование команды (3 человека) | Итог |
|---|---|---|
| Цена важнее количества портов? | ✅ ✅ ❌ (2 за, 1 против) | Цена немного важнее (оценка: 3) |
| Размеры важнее удобства отладки? | ❌ ❌ ✅ (1 за, 2 против) | Отладка немного важнее (оценка: 1/3) |
📝 Домашнее задание
Упрощенный метод анализа иерархий для выбора микроконтроллера
Цель задания: Применить метод анализа иерархий на практике для обоснования выбора ключевого компонента робота
Что нужно сделать (доработка классной работы):
- Постройте полную иерархию выбора микроконтроллера с 3 уровнями: цель → 3-4 критерия → 2-3 альтернативы (можно добавить ESP32 или другие платы)
- Проведите попарное сравнение критериев в команде, заполните таблицу с использованием шкалы 1-3-5
- Сделайте качественный вывод о важности критериев (какой критерий самый важный по результатам сравнений?)
- Дайте рекомендацию для проекта на основе анализа (какой контроллер выбрать и почему?)
Требования к выполнению:
- Иерархия должна быть нарисована или создана в графическом редакторе (можно от руки)
- Таблица попарных сравнений должна содержать все возможные пары из 3-4 критериев
- Для каждого сравнения должно быть краткое обоснование (почему вы поставили такую оценку?)
- Вывод должен содержать: 1) самый важный критерий, 2) рекомендуемый контроллер, 3) связь между важностью критериев и выбором контроллера
- Если в команде были разногласия при сравнении, укажите это и объясните, как пришли к согласию
Форма сдачи:
Письменная работа: 1) Рисунок иерархии. 2) Таблица попарных сравнений критериев. 3) Краткий вывод и рекомендация (полстраницы).
Пример структуры вывода: "По результатам попарных сравнений самый важный критерий для нашего проекта — [название критерия]. Поэтому мы рекомендуем выбрать [название контроллера], потому что он [преимущество по главному критерию]. Второй по важности критерий — [название], и выбранный контроллер также [соответствует/не совсем соответствует] ему, потому что..."
🔍 Дополнительно
❓ Частые вопросы по теме
Чем МАИ лучше простого сравнения по критериям?
МАИ заставляет системно подходить к выбору: 1) Вы явно формулируете цель. 2) Определяете все relevant критерии. 3) Оцениваете их относительную важность (а не рассматриваете как равнозначные). 4) Сравниваете альтернативы по каждому критерию. Это снижает вероятность субъективных ошибок и делает выбор более обоснованным.
Что делать, если при попарном сравнении получаются противоречивые результаты?
Противоречия — нормальная часть процесса. Если "A важнее B", "B важнее C", но "C важнее A" — это нарушение транзитивности. В упрощенном МАИ для школьников достаточно обсудить противоречия в команде и переголосовать. В полном МАИ вычисляется индекс согласованности, но для учебного проекта это излишне.
Как выбрать шкалу для попарных сравнений?
Для школьных проектов достаточно простой шкалы: 1 (равно), 3 (важнее), 5 (намного важнее). Можно использовать и слова: "равно", "немного важнее", "заметно важнее", "намного важнее", "крайне важно". Главное — использовать шкалу последовательно для всех сравнений.
🔗 Полезные ссылки
- Arduino: Сравнение плат — официальная сравнительная таблица
- ESP32: Технические характеристики — информация о популярном контроллере
- YouTube: Введение в метод анализа иерархий — наглядное объяснение метода
- Совет преподавателю: Проведите голосование в классе по каждому попарному сравнению критериев (например, "Что важнее для робота — цена или количество портов?"). Это оживит урок и покажет, как работают групповые решения.
